火電廠分散控制系統(tǒng)應(yīng)用安全管理探究

何永剛

摘要:隨著數(shù)字化電廠的提出,火電廠自動(dòng)化發(fā)展迅速,DCS分散控制系統(tǒng)得到了快速發(fā)展,功能逐漸強(qiáng)大,對火電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。就如何提高DCS分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用安全性做了分析和建議,對同類電廠有借鑒作用。

關(guān)鍵詞:分散控制系統(tǒng)(DCS);安全;火電廠

中圖分類號(hào):TU271.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):16723198(2009)20002602お

分散控制系統(tǒng) (DCS,是distributed control system的簡稱)是以微處理器及微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ),融會(huì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、CRT屏幕顯示技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)為一體的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)組分散控制集中管理。

在發(fā)電廠中,DCS系統(tǒng)已成為控制的中樞神經(jīng)系統(tǒng),是電廠的大腦,電廠中汽輪機(jī)、鍋爐、電氣各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),設(shè)備參數(shù)的監(jiān)視和控制都要通過DCS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。正因?yàn)镈CS系統(tǒng)在電廠中舉足輕重的作用,它的安全穩(wěn)定運(yùn)行就關(guān)系著電廠的安全穩(wěn)定。如何保證DCS控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行就成了擺在我們面前的一個(gè)難題,作者通過長期維護(hù)DCS系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn),就如何保證DCS系統(tǒng)安全運(yùn)行提出了自己的一些想法。

1DCS系統(tǒng)的工作環(huán)境

1.1溫濕度環(huán)境要求

環(huán)境條件是保證DCS系統(tǒng)能夠長期正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。溫度過高會(huì)造成控制器、I/O模件的電子元件出現(xiàn)故障并且會(huì)縮短電子設(shè)備的使用壽命;濕度不正常會(huì)造成控制器死機(jī)或電子元件燒損;因此,要嚴(yán)格控制電子設(shè)備間的環(huán)境條件,注意做好消防、空調(diào)、通風(fēng)及照明等工作。電子間內(nèi)應(yīng)有監(jiān)視室內(nèi)溫度和濕度的儀表,以便時(shí)時(shí)監(jiān)控DCS系統(tǒng)的工作環(huán)境。

1.2接地要求

DCS接地系統(tǒng)關(guān)系到系統(tǒng)的安全性、抗干擾能力的強(qiáng)弱及通訊系統(tǒng)暢通。DCS工作接地必須有可靠的接地系統(tǒng),接地點(diǎn)要與避雷接地點(diǎn)距離大于4米,與其它設(shè)備接地點(diǎn)距離大于3米;各種DCS接地電阻要求不同,在接地連線后需要實(shí)測工作接地電阻和安全接地電阻等符合技術(shù)要求的數(shù)據(jù);進(jìn)DCS系統(tǒng)的屏蔽線接地應(yīng)屬于DCS系統(tǒng)的工作接地,不能接入保護(hù)接地中,另外屏蔽線只能單端接地;基準(zhǔn)接地(信號(hào)零電平)就是信號(hào)回路接地,也包括在DCS的工作接地中,其目的是抑制干擾,提供電位參考點(diǎn),接地原則是單點(diǎn)接地;保護(hù)接地主要用于保護(hù)人身安全而對設(shè)備框架和外殼采用的接地;應(yīng)定期檢查DCS系統(tǒng)接地線,確保接地系統(tǒng)正常工作。

1.3抗干擾措施

DCS在現(xiàn)場運(yùn)行時(shí),常常受到外界環(huán)境的各種干擾,主要的抗干擾措施有接地、屏蔽、電纜選擇、濾波等。電源接地必須采用對地屏蔽的導(dǎo)管穿線。電源線不可與信號(hào)線平行布線。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)(含脈沖信號(hào))不能在一根電纜中傳送。不同電壓等級的電纜,在同一電纜橋槽內(nèi)敷設(shè)時(shí),可用金屬隔板把槽內(nèi)不同電壓等級的電纜分隔開。

2DCS系統(tǒng)硬件的安全

DCS系統(tǒng)的硬件主要有:電源系統(tǒng)、控制器、I/O設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(包括交換機(jī)、路由器、網(wǎng)線)、工控機(jī),它們是DCS系統(tǒng)中的各個(gè)主要環(huán)節(jié)。DCS系統(tǒng)硬件的安全防護(hù)工作主要就是采取確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的措施,在系統(tǒng)硬件出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)排除故障,不影響電廠機(jī)組的運(yùn)行。

2.1電源系統(tǒng)的安全

各個(gè)DCS廠家對電源系統(tǒng)都是非常重視的,在電源系統(tǒng)方面都考濾得比較周全,現(xiàn)代的DCS系統(tǒng)電源都是采用雙電源冗余系統(tǒng)。在電廠中雙電源一路來自UPS (即為不間斷電源),另一路來自保安段電源。兩路電源工系統(tǒng)運(yùn)行中是一用一備,當(dāng)處于運(yùn)行的電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),備用電源能實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)地自動(dòng)投入運(yùn)行,這個(gè)切換過程是不能出現(xiàn)電源中斷的。為了保證電源系統(tǒng)的安全,在日常維護(hù)中每天都要檢查電源系統(tǒng)的工作狀態(tài),檢查兩路電源的各運(yùn)行參數(shù)。DCS系統(tǒng)應(yīng)設(shè)備電源監(jiān)視設(shè)備,時(shí)刻跟蹤電源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),在出現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警,以便及時(shí)排除故障。兩路電源應(yīng)定期進(jìn)行切換試驗(yàn),確保電源切換回路正常。在機(jī)組停機(jī)檢修時(shí),應(yīng)對電源系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查和試驗(yàn),檢查電源系統(tǒng)中的各電氣元件,試驗(yàn)電源的回路的無擾切換功能。電源系統(tǒng)的各電氣元件、電源模塊都應(yīng)有至少一套的備件,在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)更換。在電源系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí),應(yīng)做好電源系統(tǒng)的各設(shè)備的標(biāo)志、繪制清晰明了的電氣原理圖,為設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供方便。

2.2控制器的安全

DCS系統(tǒng)中的過程控制單元,是存儲(chǔ)過程控制組態(tài)軟件的設(shè)備,每一個(gè)控制器控制著相當(dāng)數(shù)量的現(xiàn)場設(shè)備。一旦控制器出現(xiàn)故障,可能導(dǎo)致電廠設(shè)備失控,將影響電廠各設(shè)備的正常運(yùn)行。電廠中的DCS系統(tǒng)都是采用雙控制器冗余設(shè)置,運(yùn)行中控制器一運(yùn)行一熱備,處于熱備用的控制器始終監(jiān)視著運(yùn)行控制器。當(dāng)運(yùn)行的控制器出現(xiàn)故障時(shí),熱備控制器會(huì)自動(dòng)切換投入運(yùn)行,而這一個(gè)程序不影響機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行?？刂破鞯陌踩雷o(hù)工作主要有如下幾項(xiàng):

(1)定期切換控制器運(yùn)行,讓互為冗余的兩控制器交替運(yùn)行,確保在運(yùn)行控制器出現(xiàn)故障時(shí),熱備用控制器能正常投入運(yùn)行。

(2)日常維護(hù)要經(jīng)常檢查控制器各工作燈的狀態(tài),看是否有異常報(bào)警;檢查控制器冷卻風(fēng)扇的工作狀態(tài),確?？刂破鞯睦鋮s效果。

(3)做好控制器的備件工作,必須確保每一套DCS系統(tǒng)致少有一臺(tái)控制器備件,當(dāng)有控制器出現(xiàn)故障時(shí)能得到及時(shí)更換。

2.3I/O設(shè)備的安全

DCS系統(tǒng)的I/O設(shè)備主要包括I/O模件和開關(guān)量指令輸出繼電器。I/O設(shè)備是DCS系統(tǒng)與它所監(jiān)控的現(xiàn)場設(shè)備的信號(hào)連接設(shè)備,分為開關(guān)量輸入輸出和模擬量輸入輸出,如果I/O設(shè)備出現(xiàn)故障,DCS系統(tǒng)將無法正常監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備。I/O設(shè)備的安全防護(hù)工作主要有如下幾項(xiàng):

(1)做好I/O設(shè)備的備件工作,必須確保每一種類型的I/O設(shè)備致少要有一至兩臺(tái)相應(yīng)的備件,當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能得到及時(shí)更換。

(2)日常維護(hù)中每天都檢查各I/O模件的工作狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)相關(guān)的故障信息應(yīng)立即進(jìn)行處理。維護(hù)結(jié)束后應(yīng)安裝好各模件,以免出現(xiàn)松動(dòng)情況。

(3)在機(jī)組查修時(shí)應(yīng)選取主要設(shè)備的控制輸出繼電器檢查測試,檢查繼電器動(dòng)作是否正常。

2.4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安全

DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器、網(wǎng)線,有遠(yuǎn)程I/O的系統(tǒng)還包括光纖及光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是DCS系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的連接設(shè)備,是系統(tǒng)信息傳輸?shù)穆窂?。如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)故障,DCS系統(tǒng)將可能癱瘓,機(jī)組設(shè)備將失控,后果不堪設(shè)想。為了確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安全,DCS系統(tǒng)采用星形雙網(wǎng)結(jié)構(gòu),當(dāng)一條網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時(shí),系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。日常維護(hù)中每天都應(yīng)檢查各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)相關(guān)的故障信息應(yīng)立即進(jìn)行處理。

2.5工控機(jī)的安全

電廠運(yùn)行人員監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備是通過DCS系統(tǒng)的工控機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,工控機(jī)的CRT能顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù);DCS系統(tǒng)工程師對系統(tǒng)的檢查和維護(hù)也是通過工控機(jī)來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代DCS系統(tǒng)的工控機(jī)只作為操作、維護(hù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的平臺(tái),個(gè)別工控機(jī)出現(xiàn)故障雖然不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行,但可能會(huì)導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)的丟失,如歷史站出現(xiàn)故障將不能收集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù),給生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)的分析帶來不便。工控機(jī)的安全防護(hù)主要要做好如下幾項(xiàng):

(1)日常維護(hù)中要經(jīng)常檢查各工控機(jī)運(yùn)行情況,檢查CPU使用率、內(nèi)存占用率,檢查鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備的運(yùn)行情況,如有異常應(yīng)及進(jìn)更換,以免影響操作。

(2)做好備品工作,一套DCS系統(tǒng)致少要有一套工控機(jī)備件(包括鼠標(biāo)、鍵盤、液晶顯示器、主機(jī)),CPU風(fēng)扇等易損耗設(shè)備應(yīng)致少備有三套備件。

3DCS系統(tǒng)軟件的安全

DCS系統(tǒng)軟件主要包括組態(tài)程序軟件、系統(tǒng)配置文件、系統(tǒng)圖形文件等,其中組態(tài)程序軟件是存放在控制器中,系統(tǒng)配置文件和圖形文件是存在工控機(jī)中。DCS系統(tǒng)軟件安全防護(hù)主要就是保證這些軟件的安全運(yùn)行,主要工作包括:

3.1軟件的安全保存

DCS軟件都是存放在特定的硬件設(shè)備中或工控機(jī)硬盤中的特定位置,其位置不能被隨意改變;軟件的內(nèi)容是與生產(chǎn)相關(guān)的各種信息,也是不能被修改的。如果系統(tǒng)軟件的路徑或內(nèi)容被修改,DCS系統(tǒng)可能因?yàn)檎也坏讲糠治募驅(qū)?yīng)不上正確的信息而無法正常運(yùn)行。為了保證系統(tǒng)相關(guān)軟件的安全,我們需嚴(yán)格規(guī)定軟件的維護(hù)管理制度,做好組態(tài)程序軟件、系統(tǒng)配置文件、系統(tǒng)圖形文件等軟件的備份工作,及時(shí)保存和備份各系統(tǒng)文件,并將備份的軟件以可靠的方式保存,一般是采用硬盤備份和光盤備份,備份好的硬盤或光盤應(yīng)妥善保存。

3.2軟件防病毒感染工作

DCS系統(tǒng)是全廠的中樞神經(jīng)系統(tǒng),做好防病毒工作意義重大。首先,要嚴(yán)格限制外來文件的導(dǎo)入;其次,禁止使用U盤接口(現(xiàn)在已不用軟盤),所有數(shù)據(jù)通過光盤導(dǎo)入或?qū)С?再次,SIS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接應(yīng)采用單向只讀;最后,做好備份工作,隨時(shí)可以恢復(fù)系統(tǒng)。

4DCS系統(tǒng)的運(yùn)行管理

為了更好的管理好DCS系統(tǒng),做好系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境,硬件安全防護(hù),軟件安全防護(hù)等工作,應(yīng)制定相應(yīng)的DCS系統(tǒng)管理制度。同時(shí),為了能在系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況下能及時(shí)解決問題,排除故障,應(yīng)制定DCS系統(tǒng)的應(yīng)急處理方案。管理制度應(yīng)對相關(guān)人員的職責(zé),系統(tǒng)硬件、軟件維護(hù)及安全防護(hù)等管理內(nèi)容和方法,相關(guān)人員使用設(shè)備時(shí)的權(quán)限,電子間、工程師站進(jìn)出管理等方面作明確的規(guī)定。應(yīng)急處理方案應(yīng)對在系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)相關(guān)人員的職責(zé),各種設(shè)備故障情況下的處理流程和方法作出明確規(guī)定。這樣我們管理DCS系統(tǒng)就有相應(yīng)的規(guī)章制度可以參照,在對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理時(shí)或在緊急情況處理故障時(shí)可依制度所規(guī)定的流程一步步進(jìn)行,防止因?yàn)槿藶椴僮鞑划?dāng)造成失誤而影響機(jī)組的安全。

5結(jié)語

數(shù)字化電廠的提出,以及各種自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)的應(yīng)用,使火電廠的自動(dòng)化程度不斷提高,而DCS控制系統(tǒng)在發(fā)電廠的廣泛應(yīng)用使得現(xiàn)代電廠的自動(dòng)化水平躍上了新的臺(tái)階。然而,在工程實(shí)踐中,由于設(shè)計(jì)不同,應(yīng)用環(huán)境不同,設(shè)備選型不同,會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題。我們維護(hù)人員應(yīng)該做到以不變應(yīng)萬變,加強(qiáng)自身學(xué)習(xí),養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng),碰到問題要發(fā)揚(yáng)不怕吃苦、窮追不舍的精神,像釘子一樣鉆研到底。全面掌握DCS系統(tǒng)安全防護(hù)知識(shí),使DCS系統(tǒng)處于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài),為發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。充分發(fā)揮自動(dòng)化系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的作用,使自動(dòng)化系統(tǒng)成為節(jié)能降耗新的亮點(diǎn)。